DE102004044697B4

DE102004044697B4 - synchronous machine

Info

Publication number: DE102004044697B4
Application number: DE102004044697A
Authority: DE
Inventors: Rolf Vollmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: WO2006029969A1; DE102004044697A1; US20070257566A1

Abstract

Permanenterregte Synchronmaschine (51), welche einen Stator (53) und einen Rotor (55) aufweist, wobei der Stator (53) vorzugsweise eine dreiphasige Drehstromwicklung aufweist und der Rotor (55) Permanentmagnete (57) aufweist,
der Stator (53) 36 Nuten (27) und 36 Zähne (29) aufweist, wobei nur jeder zweite Zahn (29) mit einer Spule (39) bewickelt ist und der Rotor (55) 22 Magnetpole aufweist, wobei die Spulen (39) eine erste Wickelrichtung (41) und eine zweite Wickelrichtung (42) aufweisen, wobei die erste Wickelrichtung (41) der zweiten Wickelrichtung (42) entgegengesetzt ist, wobei:
a) für eine Phase (U) ein erster bewickelter Zahn (1) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein zweiter bewickelter Zahn (2) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewickelt ist und ein sechster bewickelter Zahn (6) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein zehnter bewickelter Zahn (10) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewickelt ist und ein elfter bewickelter Zahn (11) in der...A permanent magnet synchronous machine (51) having a stator (53) and a rotor (55), said stator (53) preferably having a three-phase three-phase winding and said rotor (55) having permanent magnets (57),
the stator (53) has 36 grooves (27) and 36 teeth (29), wherein only every second tooth (29) is wound with a coil (39) and the rotor (55) has 22 magnetic poles, the coils (39) a first winding direction (41) and a second winding direction (42), wherein the first winding direction (41) of the second winding direction (42) is opposite, wherein:
a) for a phase (U) a first wound tooth (1) in the first winding direction (41) is wound and a second wound tooth (2) in the second winding direction (42) is wound and a sixth wound tooth (6) in the first winding direction (41) is wound and a tenth wound tooth (10) is wound in the second winding direction (42) and an eleventh wound tooth (11) is wound in the second winding direction (42).

Description

Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine.The The invention relates to a permanent magnet synchronous machine.

Permanenterregte Synchronmaschinen, welche eine Erregung eines Rotors mittels Permanentmagneten aufweisen, weisen gegenüber elektrisch erregte Synchronmaschinen verschiedene Vorteile auf. Beispielsweise benötigt der Rotor bei einer permanenterregten Synchronmaschine keinen elektrischen Anschluss. Permanentmagnete mit hoher Energiedichte, d. h. einem großen Produkt aus Flussdichte und Feldstärke, erweisen sich dabei den weniger energiestarken Permanentmagneten überlegen. Es ist weiterhin bekannt, dass Permanentmagnete nicht nur eine flache Anordnung zum Luftspalt aufweisen können, sondern auch in einer Art Sammelkonfiguration (Flusskonzentration) positioniert werden können.permanent-magnet Synchronous machines, which a excitation of a rotor by means of permanent magnets have, face electrically excited synchronous machines on various advantages. For example, needed the rotor in a permanent-magnet synchronous machine no electrical Connection. Permanent magnets with high energy density, d. H. one huge Product of flux density and field strength, prove to be the superior to less powerful permanent magnets. It is still known that permanent magnets not only a flat arrangement for Can have air gap, but also in a kind of collective configuration (flow concentration) can be positioned.

Bei permanenterregten Synchronmaschinen können nachteilige Pendelmomente auftreten. Eine Schrägung eines Rotors oder eines Stators der permanenterregten Synchronmaschine um beispielsweise eine Nutteilung, wie sie bei konventionellen Motoren in EP 0 545 060 B1 beschrieben ist, kann zu einer Reduzierung des Drehmoments führen. Bei permanenterregten Synchronmaschinen mit konventioneller Wicklung, d. h., Wicklungen, welche in Einziehtechnik hergestellt werden, wird in der Regel eine Schrägung um eine Nutteilung vorgenommen, um Rastmomente, welche auch zu Pendelmomenten führen, zu reduzieren.In permanent-magnet synchronous machines disadvantageous pendulum moments can occur. A skewing of a rotor or a stator of the permanent-magnet synchronous machine, for example, a slot pitch, as in conventional engines in EP 0 545 060 B1 described, can lead to a reduction of torque. In permanent magnet synchronous machines with conventional winding, ie, windings, which are produced in Einziehtechnik, a skew is usually made to a slot pitch in order to reduce cogging torques, which also lead to pendulum moments.

Bei permanenterregten Synchronmaschinen, welche Zahnspulen aufweisen, ist es beispielsweise möglich, die Pendelmomente durch eine besondere Formgebung der Magnete zu reduzieren. Nachteilig dabei ist, dass eine besondere Formgebung der Magnete zu erhöhten Herstellungskosten führt.at permanently excited synchronous machines, which have tooth coils, is it possible, for example, the pendulum moments by a special shape of the magnets to to reduce. The disadvantage here is that a special shape the magnets increased Production costs leads.

Aus dem Aufsatz "Comparatice study of permanent magnet brushless motors with all teeth and alternative teeth windings" von den Autoren D. Ishak, Z. Q. Zhu and D. Howe (second international conference of power electronics machines and drives 2004 (PEM D 2004, Conf. publications number 498) vol. 2, 31. März bis 2. April 2004, Seite 834 bis 839) ist ein Beispiel für eine bürstenlose elektrische Maschine bekannt, welche verschiedene Motortypen mit unterschiedlichen Polzahlen und Wicklungssystemen offenbart.Out the essay "Comparatice study of permanent magnet brushless motors with all teeth and alternative teeth windings "from the authors D. Ishak, Z. Q. Zhu and D. Howe (second international conference of power electronics machines and drives 2004 (PEM D 2004, Conf. publications number 498) vol. 2, March 31 to 2. April 2004, pages 834 to 839) is an example of a brushless Electric machine known which different types of engines with disclosed different pole numbers and winding systems.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine permanenterregte Synchronmaschine anzugeben, bei der in einfacher Art und Weise Pendelmomente, bzw. Rastmomente reduziert sind. Vorteilhafter Weise erfolgt diese Reduzierung ohne den Einsatz einer Schrägung beispielsweise der Permanentmagnete.Therefore The invention is based on the object, a permanent-magnet Specify synchronous machine, in the simple manner pendulum moments, or cogging moments are reduced. Advantageously, this is done Reduction without the use of a skew, for example, the permanent magnets.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer permanenterregten Synchronmaschine mit den Merkmalen nach Anspruch 1 oder 2. Die Unteransprüche 3 bis 8 sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen der permanenterregten Synchronmaschine.The solution The task is achieved with a permanent-magnet synchronous machine with the features of claim 1 or 2. The dependent claims 3 to 8 are further advantageous developments of the permanent-magnet Synchronous machine.

Bei einer permanenterregten Synchronmaschine, welche einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator vorzugsweise eine dreiphasige Drehstromwicklung aufweist und der Rotor Permanentmagnete aufweist, ist der Stator derart ausgebildet, dass dieser 36 Nuten und 36 Zähne aufweist. Dabei ist nur jeder zweite Zahn mit einer Spule bewickelt. Der Rotor ist derart ausgebildet, dass dieser 22 Magnetpole aufweist. Die Spule, welche um einen Zahn gewickelt ist, ist vorteilhafterweise eine Zahnspule. Eine derartige permanenterregte Synchronmaschine weist am Stator 18 Pole auf.at a permanent-magnet synchronous machine, which has a stator and a rotor, wherein the stator is preferably a three-phase Has three-phase winding and the rotor has permanent magnets, the stator is designed such that it has 36 slots and 36 teeth. Only every second tooth is wound with a coil. The rotor is formed such that it has 22 magnetic poles. The Coil wound around a tooth is advantageously a tooth coil. Such a permanent magnet synchronous machine has 18 poles on the stator.

Mittels der beschriebenen Ausführungsform gelingt es, dass die permanenterregte Synchronmaschine vorteilhafter Weise eine hohe Ausnutzung und einen hohen Leistungsfaktor aufweist.through the described embodiment manages that the permanent-magnet synchronous machine more advantageous A high utilization and a high power factor.

Mittels einer derartigen permanenterregten Synchronmaschine, kann ein hoher Wicklungsfaktor erzielt werden. Die Kombinati on aus 22 Polen am Rotor und 36 Nuten im Stator führt zu einer ersten möglichen Rastpolpaarzahl von pr = 396. Die Rastpolpaarzahl ergibt sich aus dem kgV der 36 Nuten des Stators mit den 22 Polen des Rotors. Da die Polzahl des Rotors, also die Anzahl der Magnetpole des Rotors 22 beträgt weist der Rotor also 11 Magnetpolpaare auf. Daraus ergibt sich, dass die permanenterregte Synchronmaschine eine Magnetpolzahl aufweist, welche eine Primzahl ist. Dies hat den Vorteil, dass das kgV(N1, 2p) relativ hoch ist.By means of such a permanent magnet synchronous machine, a high winding factor can be achieved. The Kombinati on from 22 poles on the rotor and 36 slots in the stator leads to a first possible Rastpolpaarzahl of pr = 396. The Rastpolpaarzahl results from the kgV of the 36 slots of the stator with the 22 poles of the rotor. Since the number of poles of the rotor, so the number of magnetic poles of the rotor 22 Thus, the rotor has 11 magnetic pole pairs. It follows that the permanent magnet synchronous machine has a magnetic pole number which is a prime number. This has the advantage that the kgV (N1, 2p) is relatively high.

Mittels einer bestromten Wicklung des Stators ist ein Spektrum an Luftspaltfeldern erzeugbar. Bei Betrachtung dieses Spektrums von Luftspaltfeldern können über den Umfang von 360 Grad Oberwellenfelder und ein Grundfeld unterschieden werden. Das Grundfeld hat die Grundpolpaarzahl pg. Für die Polzahlen der Oberwellenfelder pi gilt: pi > pg. By means of an energized winding of the stator, a spectrum of air gap fields can be generated. By considering this spectrum of airgap fields, harmonic fields and a fundamental field can be distinguished over the circumference of 360 degrees. The basic field has the base pole pair number pg. For the pole numbers of the harmonic fields pi the following applies: pi> pg.

Eine Grundpolpaarzahl pg ergibt sich bei der erfindungsgemäßen permanenterregten Synchronmaschine zu pg = 1. Eine Nutzpolpaarzahl pn ergibt sich aus der Polpaarzahl des Rotors und ist folglich 11, da der Rotor 11 Magnetpolpaare aufweist.A Grundpolpaarzahl pg results in the permanent magnet according to the invention Synchronous machine to pg = 1. A Nutzpolpaarzahl pn results from the pole pair number of the rotor and is therefore 11, since the rotor Has 11 magnetic pole pairs.

Für die permanenterregte Synchronmaschine ergibt sich hieraus eine Nutzung einer elften Oberwelle. Die Grundwelle und die Oberwellen eines Feldverlaufes in einem Luftspalt einer elektrischen Maschine können beispielsweise mittels einer Fourier-Analyse ermittelt werden.For the permanent-excited Synchronous machine results from this use of an eleventh harmonic. The Fundamental wave and the harmonics of a field course in an air gap an electric machine can, for example be determined by means of a Fourier analysis.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklung des Stators derart ausgeführt, dass insbesondere störende Oberwellen wie die fünfte und siebte Oberwelle der Nutzpopaarzahl p_N nur eine geringe Amplitude aufweisen. Die fünfte und die siebte Oberwelle der Nutzpolpaarzahl pn sind insbesondere deswegen von Nachteil, weil sie mit den entsprechenden Oberwellen des Rotorfeldes, Pendeldrehmomente erzeugen.In an advantageous embodiment, the winding of the stator is designed such that in particular disturbing harmonics such as the fifth and seventh harmonic of Nutzpopaarzahl p _{N have} only a small amplitude. The fifth and the seventh harmonic of Nutzpolpaarzahl pn are particularly disadvantageous because they produce with the corresponding harmonics of the rotor field, oscillating torques.

Mittels der erfindungsgemäßen permanenterregten Synchronmaschine mit einer bestimmten Kombination aus einer Anzahl von Nuten im Stator und einer bestimmten Polzahl des Rotors ergibt sich eine verringerte Rastdrehmomentbildung. Die geringere Rastmomentbildung ergibt sich insbesondere aus dem Wicklungskonzept, bei dem nur jeder zweite Zahn des Stators mit einer Zahnspule umwickelt ist. Vorteilhafterweise weist der Stator der permanenterregten Synchronmaschine eine Wick lung gemäß den 2 und 3 auf. Die jeweilige Wicklung ist in der Figurenbeschreibung näher beschrieben.By means of the permanent magnet synchronous machine according to the invention with a specific combination of a number of slots in the stator and a certain number of poles of the rotor results in a reduced locking torque. The lower cogging torque formation results in particular from the winding concept, in which only every second tooth of the stator is wound with a toothed coil. Advantageously, the stator of the permanent-magnet synchronous machine has a winding according to the 2 and 3 on. The respective winding is described in more detail in the description of the figures.

Die permanenterregte Synchronmaschine, welche einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator eine dreiphasige Drehstromwicklung aufweist und der Rotor insbesondere Permanentmagnete aufweist, ist beispielsweise so ausbildbar, dass – der Stator 36 Nuten und 36 Zähne aufweist, wobei nur jeder zweite Zahn mit einer Spule bewickelt ist und die Spulen eine erste Wickelrichtung e und eine zweite Wickelrichtung z aufweisen, wobei die erste Wickelrichtung e der zweiten Wickelrichtung entgegengesetzt ist. Die erste Wickelrichtung e entspricht beispielsweise einem Wickeln in einer Uhrzeigerrichtung und die zweite Wickelrichtung z einem Wickeln entgegen der Uhrzeigerrichtung. Die Spulen einer Phase sind dabei in Reihe schaltbar, wobei in Reihe geschaltete Spulen einer Phase U, V und W zumindest eine Spulengruppe ausbilden, wobei die bewickelten Zähne gemäß der nachfolgenden Tabelle bewickelt sind: Bewickelter Zahn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Phase U e z e z e z Phase V z e z e z e Phase W z e z e z e The permanent magnet synchronous machine having a stator and a rotor, wherein the stator has a three-phase three-phase winding and the rotor in particular permanent magnets, for example, be formed so that - the stator 36 has grooves and 36 teeth, with only every other tooth with a coil is wound and the coils have a first winding direction e and a second winding direction z, wherein the first winding direction e of the second winding direction is opposite. The first winding direction e, for example, corresponds to a winding in a clockwise direction and the second winding direction z to a winding in the counterclockwise direction. The coils of one phase are switchable in series, with series-connected coils of a phase U, V and W forming at least one coil group, the wound teeth being wound according to the following table: Wound tooth 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Phase U e z e z e z Phase V z e z e z e Phase W z e z e z e

Der Rotor weist insbesondere 22 Magnetpole auf.Of the Rotor has in particular 22 magnetic poles.

In einer Ausführungsform der Synchronmaschine sind alle Spulen, welche einer Phase u, V oder W zugeordnet sind in Reihe geschaltet. In einer weiteren Ausführungsform sind:

a) für die Phase U die Spulen des ersten, zweiten und sechsten bewickelten Zahnes zur Ausbildung einer erste Spulengruppe der Phase U in Reihe geschaltet und die Spulen des zehnten, elften und fünfzehnten bewickelten Zahnes zur Ausbildung einer zweiten Spulengruppe der Phase U in Reihe geschaltet und
b) für die Phase V die Spulen des dritten, sechzehnten und siebzehnten bewickelten Zahnes zur Ausbildung einer erste Spulengruppe der Phase V in Reihe geschaltet und die Spulen des siebten, achten und zwölften bewickelten Zahnes zur Ausbildung einer zweiten Spulengruppe der Phase V in Reihe geschaltet und
c) für die Phase W die Spulen des vierten, fünften und neunten bewickelten Zahnes zur Ausbildung einer ersten Spulengruppe der Phase W in Reihe geschaltet und die Spulen des dreizehnten, vierzehnten und achtzehnten bewickelten Zahnes zur Ausbildung einer zweiten Spulengruppe der Phase W in reihe geschaltet.

In one embodiment of the synchronous machine, all coils which are assigned to a phase u, V or W are connected in series. In another embodiment,

a) for the phase U, the coils of the first, second and sixth wound tooth connected in series to form a first coil group of the phase U and the coils of the tenth, eleventh and fifteenth wound tooth to form a second coil group of the phase U connected in series and
b) for the phase V, the coils of the third, sixteenth and seventeenth wound tooth connected in series to form a first phase V coil group and the coils of the seventh, eighth and twelfth wound teeth to form a second phase V coil group connected in series and
c) for the phase W, the coils of the fourth, fifth and ninth wound tooth connected in series to form a first phase W coil group and the coils of the thirteenth, fourteenth and eighteenth wound tooth in series to form a second phase W coil group.

Drei Spulen einer Phase sind also zu einer Spulengruppe zusammengefasst. Sie Spulen einer Spulengruppe sind in Reihe geschaltet. Die Spulengruppen können in Reihe geschaltet sein oder sie können auch parallel geschaltet sein.Three Coils of a phase are thus combined to form a coil group. You coils of a coil group are connected in series. The coil groups can be connected in series or they can also be connected in parallel be.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem bestimmten Statorblechschnitt und einer bestimmten Wicklung (siehe 2 und 3) für eine Drehstrombestromung anzugeben, bei dem die permanenterregte Synchronmaschine ohne Schrägung von Stator und/oder Rotor geringe Rastdrehmomente und geringe Oberwellen aufweist. Die Oberwellen betreffen den magnetischen Feldverlauf in einem Luftspalt zwischen Stator und Rotor. Demzufolge betreffen die Oberwellen auch die EMK und sind somit auch als EMK-Oberwellen zu bezeichnen.A further object of the invention is to provide a permanent magnet synchronous machine with a specific stator lamination and a specific winding (see 2 and 3 ) indicate for a three-phase current, in which the permanent-magnet synchronous machine without skewing of the stator and / or rotor has low detent torques and low harmonics. The harmonics relate to the magnetic field profile in an air gap between the stator and the rotor. Consequently, the harmonics also affect the EMF and are therefore also referred to as EMF harmonics.

Die erfindungsgemäße permanenterregte Synchronmaschine weist insbesondere bei niedriger Drehzahl und hohen Drehmomenten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Ein derartiger Anwendungsfall mit niedriger Drehzahl und hohen Drehmomenten ergibt sich typischerweise bei Torquemotor-Anwendungen. Die permanenterregte Synchronmaschine ist also vorteilhafterweise ein Torquemotor.The inventive permanent-magnet Synchronous machine has in particular at low speed and high Torque advantages over the state of the art. Such an application with lower Speed and high torques typically result in torque motor applications. The permanent-magnet synchronous machine is thus advantageously a torque motor.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der permanenterregten Synchronmaschine weist einen bewickelten Zahn und benachbarte Nuten des bewickelten Zahns auf, wobei der bewickelte Zahn und die benachbarten Nuten parallelflankig sind. Sowohl der Zahn als auch die Nuten weisen Flanken auf. Diese Flanken verlaufen parallel. Dies hat beispielsweise den Vorteil einer einfachen Montage der Wicklung des Zahnes. Die Wicklung ist insbesondere eine Zahnwicklung, wobei durch die Wicklung eines Zahnes die Nuten, welche zu beiden Seiten des Zahnes vorhanden sind, gefüllt sind.A advantageous embodiment of the permanent-magnet synchronous machine has a wound tooth and adjacent grooves of the wound Tooth on, with the wound tooth and the adjacent grooves parallel flanked. Both the tooth and the grooves point Flanks up. These flanks are parallel. This has for example the advantage of easy installation of the winding of the tooth. The Winding is in particular a tooth winding, being through the winding of a tooth the grooves, which exist on both sides of the tooth are, filled are.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stator mit Flachdraht oder mit Flachdrahtlitzen bewickelt. Dies ermöglicht einen hohen Füllungsgrat der Nuten mit Kupfer.In A further advantageous embodiment is the stator with flat wire or wound with flat wire strands. This allows a high Füllungsgrat the grooves with copper.

Weiterhin ist die permanenterregte Synchronmaschine derart ausgestaltbar, dass einer Phase sechs Spulen zugeordnet sind, wobei alle sechs Spulen der Phase in Reihe geschaltet sind. Eine Phase weist also sechs Spulen auf, welche in einer Reihenschaltung bestrombar sind.Farther is the permanent magnet synchronous machine designed such that one phase is assigned six coils, all six Coils of the phase are connected in series. So one phase has six Coils, which can be energized in a series circuit.

In einer weiteren Ausgestaltung sind einer Phase wiederum sechs Spulen zugeordnet, wobei die Spulen in zwei Spulengruppenaufteilt sind, wobei eine Spulengruppe vorteilhafterweise drei Spulen aufweist, welche in Reihe verschaltet sind und wobei die beiden Spulengruppen parallel geschaltet sind.In In another embodiment, a phase in turn six coils associated with the coils being divided into two coil groups, wherein one coil group advantageously has three coils, which are connected in series and where the two coil groups are connected in parallel.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der permanenterregten Synchronmaschine weist einen Stator auf, welcher breite Zähne und schmale Zähne aufweist, wobei eine Nutteilungsbreite αns für die schmalen Zähne im Bereich von 9,1° > αns > 3° beträgt und eine Nutteilungsbreite αnb für die breiten Zähne im Bereich von 10,9° < αnb < 17° liegt, wobei gilt, dass αnb + αns = 20° ist.A further advantageous embodiment of the permanent-magnet synchronous machine has a stator which has wide teeth and narrow teeth, wherein a groove pitch width αns for the narrow teeth in the range of 9.1 °> αns> 3 ° and one Groove pitch width αnb for the wide teeth is in the range of 10.9 ° <αnb <17 °, where holds that αnb + αns = 20 ° is.

Des Weiteren ist die permanenterregte Synchronmaschine derart ausgestaltbar, dass eine Lochzahl q = 6/11 vorliegt. Die Lochzahl q gibt an, auf wie viel Nuten pro Pol die Wicklung eines Stranges aufgeteilt ist, q ist also die Nutzahl pro Pol und Strang.Of Furthermore, the permanent-magnet synchronous machine can be designed in such a way that that a number of holes q = 6/11 is present. The hole number q indicates, on how many grooves per pole the winding of a strand is divided q is the number of slots per pole and strand.

Um Rastdrehmomente von Permanentmagneten des Rotors mit Statorzähnen gering zu halten, sind Nutzahl und Polzahl so zu wählen, dass das kleinste gemeinsame Vielfache möglichst hoch ist. Dies wird erreicht, wenn die Polpaarzahl (Nutzpolpaarzahl) eine Primzahl ist. Die Nutzpolpaarzahl ist also eine Primzahl.Around Latching torques of permanent magnets of the rotor with stator teeth low To hold, number of poles and number of poles are to be chosen so that the smallest common Multiples possible is high. This is achieved if the number of pole pairs (number of useful pole pairs) is a prime number. The Nutzpolpaarzahl is therefore a prime number.

Erfindungsgemäß ist ein Statorschnitt mit 36 Nuten und 18 Polen, sowie eine Wicklung mit der Grundpolpaarzahl pg = 1 und einer Nutzpolpaarzahl pn = 11 bestimmt. Das kleinste gemeinsame Vielfache ist somit 396. Damit ergibt sich eine Reluktanzrastpolpaarzahl von pr = 396 und damit relativ kleine Rastdrehmomente, weil das zum Rasten führende Rotorfeld der magnetischen Polpaarzahl prm = 198 (= 9. Rotor-Oberwelle) eine kleine Amplitude hat.According to the invention is a Stator cut with 36 slots and 18 poles, as well as a winding with the base pole pair number pg = 1 and a Nutzpolpaarzahl pn = 11 determined. The smallest common multiple is thus 396. This results a Reluktanzrastpolpaarzahl of pr = 396 and thus relatively small Rastdrehmomente, because the leading to the latching rotor field of the magnetic Pole pair number prm = 198 (= 9th rotor harmonic) a small amplitude Has.

Die Nutteilungsseite ist vorteilhafterweise zwischen 0,66 bis 1,23 von der Polteilungsweite des Rotors.The Nutteilungsseite is advantageously between 0.66 to 1.23 of the pole pitch of the rotor.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigt:The Invention and advantageous embodiments of the invention will become explained in more detail by way of example with reference to the drawing. It shows:

1 schematisch den Aufbau einer permanenterregten Synchronmaschine, 1 schematically the structure of a permanent magnet synchronous machine,

2 im Ausschnitt schematisch einen Blechschnitt eines Stators einer permanenterregten Synchronmaschine, 2 in the section schematically a sheet metal section of a stator of a permanent-magnet synchronous machine,

3 ein erstes Wickelschaltbild und 3 a first winding diagram and

4 ein weiteres Wickelschaltbild. 4 another winding diagram.

Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine permanenterregte Synchronmaschine 51, welche einen Stator 53 und einen Rotor 55 aufweist. Der Rotor 55 weist Permanentmagnete 57 auf. Der Stator 53 weist Spulen 59 auf, wobei der Verlauf der Spule 59 innerhalb des geblechten Stators 53 strichliniert dargestellt ist. Mit Hilfe der Spule 59 ist eine Wicklung ausgebildet. Die Spulen 59 bilden Wickelköpfe 61 aus. Die permanenterregte Synchronmaschine 51 ist zum Antrieb einer Welle 63 vorgesehen.The representation according to 1 shows a permanent magnet synchronous machine 51 which is a stator 53 and a rotor 55 having. The rotor 55 has permanent magnets 57 on. The stator 53 has coils 59 on, the course of the coil 59 inside the laminated stator 53 is shown in dashed lines. With the help of the coil 59 a winding is formed. The spools 59 forming winding heads 61 out. The permanent magnet synchronous machine 51 is to drive a shaft 63 intended.

Die Darstellung gemäß 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Blechschnitts 72. Der Blechschnitt 72 betrifft den Stator 53 der permanenterregten Synchronmaschine 51. Der Blechschnitt 72 weist Zähne 29 und Nuten 27 auf. Ist ein Zahn 29 bewickelt, so ist dies ein bewickelter Zahn 25. Die bewickelten Zähne 25 sind von 1 bis 18 durchnumeriert. Der Stator 53 mit dem Blechschnitt 72 weist 18 bewickelte Zähne auf. Eine Bewicklung eines Zahnes erfolgt beispielsweise durch Aufsetzen einer Spule 39. Dies ist besonders dann einfach durchzuführen, wenn der bewickelte Zahn 25 und die benachbarten Nuten 27 des bewickelten Zahns 25 parallelflankig sind. Die Zähne 29 und die Nuten 27 weisen Flanken 28 auf. Diese Flanken 28 sind parallel ausgeführt. Der schematisch dargestellte Ausschnitt des Blechschnitts 72 gibt wieder, dass bei nur jedem zweiten Zahn 29 eine Bewicklung vorliegt. Jeder zweite Zahn 29 ist also mit einer Zahnspule 39 umwickelt. Vorteilhafterweise können hierfür vorgefertigte Formspulen verwendet werden. Durch die Parallelflankigkeit des zu umwickelnden Zahnes 25 und die Parallelflankigkeit der von der Spule 39 gefüllten Nuten 27, können vorteilhafterweise Formspulen aus Flachdraht eingesetzt werden, so dass eine Kupferfüllung in den Nuten 27 besonders hoch ist.The representation according to 2 shows a schematic section of a sheet metal section 72 , The brass section 72 concerns the stator 53 the permanent-magnet synchronous machine 51 , The brass section 72 has teeth 29 and grooves 27 on. Is a tooth 29 wound, this is a wound tooth 25 , The wound teeth 25 are from 1 to 18 numbered. The stator 53 with the brass section 72 has 18 wound teeth. A winding of a tooth, for example, by placing a coil 39 , This is especially easy to perform when the wound tooth 25 and the neighboring grooves 27 of the wound tooth 25 parallel flanked. The teeth 29 and the grooves 27 have flanks 28 on. These flanks 28 are executed in parallel. The schematically illustrated section of the sheet metal section 72 Again, that with only every second tooth 29 a winding is present. Every second tooth 29 So it is with a tooth coil 39 wrapped. Advantageously, prefabricated preformed coils can be used for this purpose. Due to the parallel flanking of the tooth to be wrapped 25 and the parallelism of the coil 39 filled grooves 27 , Molded coils of flat wire can advantageously be used, so that a copper filling in the grooves 27 is particularly high.

Durch die beschriebenen Maßnahmen können permanenterregte Synchronmaschinen, welche insbesondere als Motoren einsetzbar sind, mit geringen Verlusten und somit einer hohen Ausnutzung gebaut werden.By the measures described can permanent magnet synchronous machines, which in particular as motors can be used, with low losses and thus a high utilization be built.

Der Blechschnitt 72 weist abwechselnd einen schmalen Zahn 31 und einen breiten Zahn 33 auf. Durch die gezielte Auswahl der Nutteilungsbreite des breiten Zahnes 33 und des schmalen Zahnes 31 kann zusammen mit der Wahl der Wicklungsschaltung insbesondere gemäß 3 und 4 ein Luftspaltfeld einer Nutzwelle hoch und die von störenden Oberwellen niedrig eingestellt werden. Damit wird neben der hohen Ausnutzung eine geringe Drehmomentwelligkeit erzielt.The brass section 72 alternately has a narrow tooth 31 and a broad tooth 33 on. By the targeted selection of the slot pitch of the wide tooth 33 and the narrow tooth 31 can, together with the choice of the winding circuit in particular according to 3 and 4 an air gap field of a useful wave high and those of disturbing harmonics are set low. This low torque ripple is achieved in addition to the high utilization.

Die Darstellung gemäß 3 zeigt ein erstes Wickelschaltbild für einen Stator, welcher 36 Nuten aufweist. Der Rotor weist 22 Pole (Magnetpole), also 11 Polpaare, auf, wobei der Rotor in 3 nicht dargestellt ist. Gemäß des Wickelschaltbildes nach 3 weist der Stator 18 Spulen 39 auf, wobei gemäß 3 für eine Phase U sechs Spulen 40 dargestellt sind. Die Spulen 40 der Phase U sind in 3 mit einem durchgezogenen Strich dargestellt. Das Wicklungsschaltbild betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine, welche mit drei Phasen U, V, W eines Drehstromes bestrombar ist. Die Wicklung der Phase U ist in 3 mit allen Spulen 40 dargestellt. Für die Wicklungen der Phasen V und W ist jeweils nur die erste Spule 47 für die Phase V und die Spule 49 für die Phase W dargestellt. Die Spulen 47 und 49 der Phasen V und W sind in 3 gestrichelt dargestellt. Die Wicklung der Phasen V und W entspricht der Wicklung der Phase U, wobei die Wicklung zur besseren Übersicht nicht komplett dargestellt ist. Anschlüsse der Phasen U, V und W sind mit u1, u2, v1, v2, w1 und w2 bezeichnet.The representation according to 3 shows a first winding diagram for a stator, which has 36 grooves. The rotor has 22 poles (magnetic poles), ie 11 pole pairs, with the rotor in 3 not shown. According to the winding diagram after 3 the stator has 18 coils 39 on, according to 3 for a phase U six coils 40 are shown. The spools 40 the phase U are in 3 represented by a solid line. The winding diagram relates to a permanent-magnet synchronous machine, which can be supplied with three phases U, V, W of a three-phase current. The winding of the phase U is in 3 with all coils 40 shown. For the windings of phases V and W, only the first coil is in each case 47 for the phase V and the coil 49 for the phase W shown. The spools 47 and 49 phases V and W are in 3 shown in dashed lines. The winding of the phases V and W corresponds to the winding of the phase U, wherein the winding is not completely shown for clarity. Terminals of the phases U, V and W are labeled u1, u2, v1, v2, w1 and w2.

Die Darstellung gemäß 3 zeigt Zähne, welche durch Zahlen von 1 bis 18 symbolisiert sind, wobei die Zähne mit Spulen 39 bewickelt sind. Zur einfachen Darstellung wurde eine schematische Aufbereitung des Wickelschaltbildes gewählt. Jeder zweite Zahn einer permanenterregten Synchronmaschine welche ein Wickelschaltbild nach 3 aufweist ist bewickelt. In 3 sind nur die bewickelten Zähne 1 bis 18 nummeriert. Zwischen zwei bewickelten Zähnen, welche von 1 bis 18 nummeriert sind, befindet sich ein unbewickelter Zahn, wobei unbe wickelte Zähne in 3, wie auch in der nachfolgenden 4 nicht dargestellt sind. Eine erste Spule 40 der Phase U ist um den Zahn 1 in einer ersten Wickelrichtung 41 gewickelt. Anschließend erfolgt eine Wicklung um den Zahn 2 in einer zweiten Wickelrichtung 42. Der Zahn 2 ist der zweite bewickelbare Zahn. Die erste Wickelrichtung 41 ist der zweiten Wickelrichtung 42 entgegengesetzt. Zwischen dem Zahn 1 und dem Zahn 2 ist noch ein ungewickelter Zahn, welcher in der 3 nicht dargestellt ist. Entsprechend verhält es sich bei den Zähnen 3, 4, 5, 6 usw., zwischen denen sich jeweils noch ein Zahn befindet, der jedoch nicht dargestellt ist.The representation according to 3 shows teeth, which by numbers of 1 to 18 are symbolized, with the teeth with coils 39 are wound. For ease of illustration, a schematic preparation of the winding diagram was selected. Every second tooth of a permanent magnet synchronous machine which a winding diagram after 3 is wound. In 3 are only the wound teeth 1 to 18 numbered. Between two wound teeth, which from 1 to 18 are numbered, there is an unwound tooth, with unwound teeth in 3 as well as in the following 4 are not shown. A first coil 40 the phase U is around the tooth 1 in a first winding direction 41 wound. This is followed by a winding around the tooth 2 in a second winding direction 42 , The tooth 2 is the second wearable tooth. The first winding direction 41 is the second winding direction 42 opposed. Between the tooth 1 and the tooth 2 is still an unwrapped tooth, which in the 3 not shown. The same applies to the teeth 3 . 4 . 5 . 6 etc., between each of which there is still a tooth, which is not shown.

Die Spule 40 um den Zahn 2 weist eine zur Spule um den Zahn 1 entgegengesetzte Wickelrichtung 44 auf. Der Spule 40 um den Zahn 2 folgt für die Phase U eine Spule 40 um den Zahn 6. Hiernach folgt eine Spule 40 um die Zähne 10, 11 und 15. Die Wickelrichtung 44 wechselt nach jeder Spule der Phase U. Die Wickelrichtungen 44 der Spulen für die Phasen V und W entsprechen den Wickelrichtungen der Spulen 40 der Phase U.The sink 40 around the tooth 2 points one to the coil around the tooth 1 opposite winding direction 44 on. The coil 40 around the tooth 2 follows for the phase U a coil 40 around the tooth 6 , This is followed by a coil 40 around the teeth 10 . 11 and 15 , The winding direction 44 changes after each phase U coil. Wi ckelrichtungen 44 the coils for the phases V and W correspond to the winding directions of the coils 40 Phase U.

Die erste Spule 47 der Phase V befindet sich auf dem Zahn 7. Dieser Spule 47 folgt eine Spule um den Zahn 8, die jedoch nicht dargestellt ist. Die Spule um den Zahn 8 weist eine zur Spule 47 um den Zahn 7 entgegengesetzte Wickelrichtung auf. Die Wickelrichtungen der Phase V und der Phase W entsprechen den Wickelrichtungen der Phase U. Bei allen Phasen wechselt also die Wickelrichtung nach jeder Spule. Die erste Spule 49 der Phase W befindet sich auf dem Zahn 13. Die sechs Spulen 40, welche jeweils einer Phase U, V und W zugeordnet sind, sind in Reihe geschaltet.The first coil 47 Phase V is on the tooth 7 , This coil 47 follows a coil around the tooth 8th which is not shown. The coil around the tooth 8th has one to the coil 47 around the tooth 7 opposite winding direction. The winding directions of phase V and phase W correspond to the winding directions of phase U. Thus, in all phases, the winding direction changes after each coil. The first coil 49 Phase W is on the tooth 13 , The six coils 40 , which are each associated with a phase U, V and W, are connected in series.

Die Darstellung gemäß 4 zeigt eine weitere mögliche Spulenanordnung bzw. ein weiteres mögliches Wickelschaltbild für die erfindungsgemäße permanenterregte Synchronmaschine. Das Wicklungsschaltbild nach 4 entspricht weitgehende dem Wicklungsschaltbild nach 3, wobei gemäß 4 eine Parallelschaltung von Spulengruppen 20 und 22 realisiert ist. Wie bei 3 sind auch bei 4 einer Phase sechs Spulen zugeordnet. Die Wickelrichtungen 41, 42 der Wickelschaltung nach 4 entsprechen den Wickelrichtungen 41, 42 nach 3.The representation according to 4 shows a further possible coil arrangement or another possible winding diagram for the permanent magnet synchronous machine according to the invention. The winding diagram after 4 corresponds largely to the winding diagram after 3 , wherein according to 4 a parallel connection of coil groups 20 and 22 is realized. As in 3 are also at 4 associated with a phase six coils. The winding directions 41 . 42 the winding circuit after 4 correspond to the winding directions 41 . 42 to 3 ,

Die sechs Spulen 40 einer Phase sind in zwei Gruppen 20 und 22 unterteilt. Eine erste Gruppe 20 weist drei Spulen 35 auf und eine zweite Gruppe 22 weist wiederum drei Spulen 37 auf. Die zwei Gruppen 20, 22 von Spulen 35, 37 sind parallel geschaltet. Eine erste Spulengruppe 20 der Phase U beginnt mit einer Spule 35 um den Zahn 1. Daran anschließend folgt eine Spule 35 um den Zahn 2, wobei sich wie bei der Wicklung gemäß 3 jeweils die Wickelrichtung 44 umkehrt. Die dritte Spule der ersten Spulengruppe 20 ist beim Zahn 6. Eine zweite Spulengruppe 22 der Phase U beginnt mit einer Spule 37 um den Zahn 10. Daran anschließend folgt eine Spule 37 um den Zahn 11. Die dritte Spule der zweiten Spulengruppe 22 ist beim Zahn 15. Auch bei der Wicklung mit den beiden Spulengruppen 20, 22 gemäß 4 dreht sich jeweils die Wickelrichtung 44 nach jedem bewickelten Zahn einer Phase um. Die Wicklungen für die Phasen V und W entsprechen der Wicklung der Phase U.The six coils 40 of a phase are in two groups 20 and 22 divided. A first group 20 has three coils 35 on and a second group 22 again has three coils 37 on. The two groups 20 . 22 of coils 35 . 37 are connected in parallel. A first coil group 20 Phase U starts with a coil 35 around the tooth 1 , This is followed by a coil 35 around the tooth 2 , wherein, as in the winding according to 3 in each case the winding direction 44 reverses. The third coil of the first coil group 20 is at the tooth 6 , A second coil group 22 Phase U starts with a coil 37 around the tooth 10 , This is followed by a coil 37 around the tooth 11 , The third coil of the second coil group 22 is at the tooth 15 , Also with the winding with the two coil groups 20 . 22 according to 4 in each case the winding direction rotates 44 after each wound tooth of a phase. The windings for phases V and W correspond to the winding of phase U.

Für die Phasen V und W ist jeweils wiederum eine Anfangsspule 47, 49 gezeigt, welche für die Phase V um den Zahn 7 verläuft und für die Phase W um den Zahn 13 verläuft.For the phases V and W in each case again an initial coil 47 . 49 shown which for phase V around the tooth 7 runs and for the phase W around the tooth 13 runs.

Sowohl die Bewicklung gemäß 3 als auch die Bewicklung gemäß 4 weisen vorteilhafter Weise eine Sternschaltungen auf. Wenn eine permanentmagneterregte Synchronmaschine für Dreieckschaltung ausgelegt werden soll, sind vorteilhafter Weise Maßnahmen zu treffen, die verhindern, dass die Polzahl p3n = 3·pn entsteht.Both the winding according to 3 as well as the winding according to 4 advantageously have a star circuits. If a permanent-magnet synchronous machine is to be designed for delta connection, measures are advantageously to be taken to prevent the number of poles p3n = 3 * pn from arising.

Claims

Permanent-magnet synchronous machine ( 51 ), which has a stator ( 53 ) and a rotor ( 55 ), wherein the stator ( 53 ) preferably has a three-phase three-phase winding and the rotor ( 55 ) Permanent magnets ( 57 ), the stator ( 53 ) 36 grooves ( 27 ) and 36 teeth ( 29 ), whereby only every second tooth ( 29 ) with a coil ( 39 ) and the rotor ( 55 ) Has 22 magnetic poles, wherein the coils ( 39 ) a first winding direction ( 41 ) and a second winding direction ( 42 ), wherein the first winding direction ( 41 ) of the second winding direction ( 42 ), wherein: a) for a phase (U) a first wound tooth ( 1 ) in the first winding direction ( 41 ) and a second wound tooth ( 2 ) in the second winding direction ( 42 ) and a sixth wound tooth ( 6 ) in the first winding direction ( 41 ) and a tenth wound tooth ( 10 ) in the second winding direction ( 42 ) and an eleventh wound tooth ( 11 ) in the first winding direction ( 41 ) and a fifteenth wound tooth ( 15 ) in the second winding direction ( 42 ) is wound, the coils ( 39 ) of the teeth (W) wound for the phase (U) 1 . 2 . 6 . 10 . 11 . 15 ) are connected in series; b) for a phase (V) a seventh wound tooth ( 7 ) in the first winding direction ( 41 ) and an eighth wound tooth ( 8th ) in the second winding direction ( 42 ) and a twelfth wound tooth ( 12 ) in the first winding direction ( 41 ) and a sixteenth-wound tooth ( 16 ) in the second winding direction ( 42 ) and a seventeenth-wound tooth ( 17 ) in the first winding direction ( 41 ) and a third wound tooth ( 3 ) in the second winding direction ( 42 ) is wound, the coils ( 39 ) of the teeth (W) wound for the phase (V) 7 . 8th . 12 . 16 . 17 . 3 ) are connected in series; c) for a phase (W), a thirteenth wound tooth ( 13 ) in the first winding direction ( 41 ) and a fourteenth wound tooth ( 14 ) in the second winding direction ( 42 ) and an eighteenth-wound tooth ( 18 ) in the first winding direction ( 41 ) and a fourth wound tooth ( 4 ) in the second winding direction ( 42 ) and a fifth wound tooth ( 5 ) in the first winding direction ( 41 ) and a ninth wound tooth ( 9 ) in the second winding direction ( 42 ) is wound, the coils ( 39 ) of the teeth (W) wound ( 13 . 14 . 18 . 4 . 5 . 9 ) are connected in series.

Permanent-magnet synchronous machine ( 51 ), which has a stator ( 53 ) and a rotor ( 55 ), wherein the stator ( 53 ) preferably has a three-phase three-phase winding and the rotor ( 55 ) Permanent magnets ( 57 ), the stator ( 53 ) 36 grooves ( 27 ) and 36 teeth ( 29 ), whereby only every second tooth ( 29 ) with a coil ( 39 ) and the rotor ( 55 ) Has 22 magnetic poles, wherein the coils ( 39 ) a first winding direction ( 41 ) and a second winding direction ( 42 ), wherein the first winding direction ( 41 ) of the second winding direction ( 42 ), wherein: a) for a phase (U) a first wound tooth ( 1 ) in the first winding direction ( 41 ) and a second wound tooth ( 2 ) in the second winding direction ( 42 ) and a sixth wound tooth ( 6 ) in the first winding direction ( 41 ) is wound, the coils ( 39 ) of the first, second and sixth wound tooth ( 1 . 2 . 6 ) are connected in series for the phase (U) and a first coil group ( 20 ) of the phase U, wherein for the phase (U) also a tenth wound tooth ( 10 ) in the second winding direction ( 42 ) and an eleventh wound tooth ( 11 ) in the first winding direction ( 41 ) and a fifteenth wound tooth ( 15 ) in the second winding direction ( 42 ) is wound, the coils ( 39 ) of the tenth, eleventh and fifteenth wound tooth ( 10 . 11 . 15 ) are connected in series for the phase (U) and a second coil group ( 22 ) of the phase (U), wherein the first coil group ( 20 ) of the phase (U) and the second coil group ( 22 ) of the phase U are connected in parallel; b) for a phase (V) a seventh wound tooth ( 7 ) in the first winding direction ( 41 ) and an eighth wound tooth ( 8th ) in the second winding direction ( 42 ) and a twelfth wound tooth ( 12 ) in the first winding direction ( 41 ) is wound, the coils ( 39 ) of the seventh, eighth and twelfth wound tooth ( 7 . 8th . 12 ) are connected in series for the phase V and form a first coil group of the phase (V), wherein for the phase (V) also a sixteenth wound tooth ( 16 ) in the second winding direction ( 42 ) and a seventeenth-wound tooth ( 17 ) in the first winding direction ( 41 ) and a third wound tooth ( 3 ) in the second winding direction ( 42 ) is wound, the coils ( 39 ) of the sixteenth, seventeenth and third wound tooth ( 16 . 17 . 3 ) are connected in series for the phase (V) and form a second coil group of the phase (V), wherein the first coil group of the phase (V) and the second coil group of the phase (V) are connected in parallel; c) for a phase (W), a thirteenth wound tooth ( 13 ) in the first winding direction ( 41 ) and a fourteenth wound tooth ( 14 ) in the second winding direction ( 42 ) and an eighteenth-wound tooth ( 18 ) in the first winding direction ( 41 ) is wound, the coils ( 39 ) of the thirteenth, fourteenth and eighteenth wound tooth ( 13 . 14 . 18 ) are connected in series for the phase (W) and form a first coil group of the phase (W), wherein for the phase (W) also a fourth wound tooth ( 4 ) in the second winding direction ( 42 ) and a fifth wound tooth ( 5 ) in the first winding direction ( 41 ) and a ninth wound tooth ( 9 ) in the second winding direction ( 42 ) is wound, the coils ( 39 ) of the fourth, fifth and ninth wound tooth ( 4 . 5 . 9 ) are connected in series for the phase (W) and form a second coil group of the phase (W), wherein the first coil group of the phase (W) and the second coil group of the phase (W) are connected in parallel.

Permanent-magnet synchronous machine ( 51 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 55 ) Has 22 magnetic poles.

Permanent-magnet synchronous machine ( 51 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that a wound tooth ( 25 ) and the adjacent grooves ( 27 ) of the wound tooth ( 25 ) are parallel flanked.

Permanent-magnet synchronous machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the stator ( 53 ) is wound with a flat wire or with a flat wire strand.

Permanent-magnet synchronous machine ( 51 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stator ( 53 ) broad teeth ( 33 ) and narrow teeth ( 31 ), wherein a groove pitch width ans for the narrow teeth ( 31 ) is in the range of 9.1 °>αns> 3 and a groove pitch width αnb for the wide teeth ( 33 ) is in the range of 10.9 ° <αnb <17 °, where: αnb + αns = 20 °.

Permanent-magnet synchronous machine ( 51 ) according to one of claims 1 to 6, characterized that the number of holes q = 6/11.